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三峡三期RCC围堰拆除的幕后故事中心

2019/07/13 来源:宜宾信息港

导读

三峡三期RCC围堰拆除的幕后故事_()中心三峡三期RCC围堰拆除,经过了事前设计和反复论证及模型试验的漫长过程。时间跨度长达5至6年,其

三峡三期RCC围堰拆除的幕后故事_()中心

三峡三期RCC围堰拆除,经过了事前设计和反复论证及模型试验的漫长过程。时间跨度长达5至6年,其拆除方案敲定的背后发生了许多不为人知的故事,作者从长委设计院和科学院的一些资料中获悉这一过程,特成文,以飨读者。

三峡RCC围堰爆破规模、总装药量、爆破难度和重要性世界上没有先例。又因为拆除工程量大、工期紧,拆除堰体绝大部分处于水下。这座围堰还未开浇时,它的拆除就引起了各方面专家的高度关注。为确保RCC围堰拆除一炮成功,三峡总公司在围堰浇筑之前委托长委科学院、中国科学院力学研究所等单位对其拆除爆破方案进行了及早研究。研究结论推荐采用爆破倾倒方案拆除。2002年三峡总公司工程建设部又组织专家对研究成果进行了审查,同意对三峡三期RCC围堰已建部分(右岸坡段、上纵堰内段和左连接段)采取钻孔爆破、对未建部分(河床段)利用预埋药室倾倒爆破的拆除方式进行,并决定采用长委科学院推荐的以三个集中药室为主的爆破方案。

2003年,RCC围堰在浇筑时按长委科学院的设计拆除方案预留了爆破药室和断裂孔。2004年,为了提高倾倒爆破的可靠性,三峡总公司再次委托长委科学院对RCC围堰横向围堰倾倒爆破拆除方案进行试验研究。研究内容包括爆破器材及起爆络可靠性试验、爆破地震效应研究、定向倾倒可能性及触地震动研究等。

2005年5月至11月,为验证设计拆除方案的可靠性,长委科学院在南津关前坪试验基地先后进行了1∶100和1∶10围堰模型倾倒爆破试验,并在专家会诊后得出了试验成果。1∶100的模型试验是为了测出采用定向倾倒方案炸掉这样一座原型高度为35米,长度为380米,总混凝土方量为14.82万立方米的围堰倾倒的可靠性及涌浪高度和触地震动强度及对周围环境和需保护物的影响。试验分无水和有水进行。

图为1∶10的模型试验时起爆的情景。 王媛华 摄

模型倾倒试验是按照爆破设计方案,围堰110米以上为整体倾倒堰块,根据实际施工分缝将试验块分为10个堰块,每个堰块的尺寸与实际围堰几何相似,采用常态混凝土分块制,在110米以下的围堰上预制了与实际爆破缺口相似的梯形倾倒缺口,为观测到围堰倾倒形态,试验时,长委科学院用摄像机观察围堰倾倒过程,用数码相机记录围堰倾倒后的形态。与此同时,还对无水和有水条件下的倾倒振动进行了观测,观测的方法是在堰内靠近大坝的底部、靠近大坝处、大坝顶部各布置一个三向振动传感器,为观测试验中围堰倾倒后造成的涌浪,长委科学院在围堰前水域、坝前布置涌浪观测点,用超声水位仪同步连续测试记录涌波水位值。通过3次无水试验,1 次有水试验,长委科学院得出了1∶100模型试验的成果:在爆破缺口能按设计要求形成的前提下,围堰堰块能按设计要求顺利倾倒,倾倒是可靠的。在处理好6号、15号堰块的前提下,堰块倾倒后的形态是满足设计要求的,原堰块上游面触地,并整齐地倒在围堰上游,没有出现堰块之间重叠,且试验的重复性较好,堰块倾倒后均可低于110米。6号堰块的110米高程以上的下游坡脚需作局部削坡处理,与此同时,15号堰块相邻的横向围堰、爆破孔的孔深应不小于倾倒缺口高程,且应先于倾倒部分起爆。在无水条件下,堰块倾倒过程基本一致,堰块从开始倾倒至完全触地的时间为0.8至0.9秒,在围堰内外充水位为135米时,围堰堰块从开始倾倒至完全触地的时间为1.1至1.2秒,这与模型计算结果几乎一致。通过涌浪测试,大家得出结论,随着距离的增加,涌浪呈显着衰减变化趋势。RCC横向围堰爆破拆除堰块同时倾倒,在坝前产生的涌浪高度为2.33米,在堰前80米处产生的涌浪高度为1.55米,在堰前330米处产生的涌浪高度为1.95米,在堰前1140米处产生的涌浪高度为0.85米,正对围堰的茅坪凤凰山脚出现涌浪爬高,在该处产生的涌浪爬高为4.2米,茅坪溪内涌浪指标与堰前1140米处相近,由于正对围堰前方的茅坪凤凰山脚出现涌浪爬高现象,围堰拆除时,应采取一定的防涌浪措施。通过振动测试,在测试波形中一般有3个相对较大的振动峰值集中区,说明堰块在倾倒过程中有3次比较明显的撞击。在有水工况下,围堰堰块整体倾倒产生的振动明显小于无水条件下产生的振动,有水条件下产生的振动仅为无水条件下的1/6和1/8,RCC围堰拆除时的工况条件为堰内外水位保持在135米高程,试验成果说明水体对降低堰块冲击振动的作用明显。多块同时倾倒在各测点处产生的振动比单块的大,并随同倾倒堰块数的增加,相应产生的振动值呈增大的趋势,但并非是简单的叠加,这与各堰块到测点之间的距离、堰块间的相互牵制作用有关。RCC围堰原型的单块倾倒过程模拟计算结果表明,从爆破缺口完全形成开始到堰块倾倒至堰前70米高程的位置,整个过程为12.4秒。

随后,长委科学院又做了两次1比10的围堰拆除模型试验,这两次试验是为了观察爆破时围堰的缺口是否按设计形成、围堰整体是否按预定方向上游倾倒以及爆破产生的有害效应对周围需保护物和鱼类的影响。围堰模型试验发现,围堰拆除爆破时不仅产生爆破振动和触地振动,还产生了较大的冲击波,三种荷载产生的应力叠加后在坝踵处产生的主拉应力小于允许值,大坝及帷幕灌浆区是安全的。相邻堰块的首段起爆时差达到790至795毫秒时,围堰各堰块倾倒产生的触地振动将不会叠加,相邻后爆堰块的首段起爆时间滞后于先爆堰块的末段起爆200毫秒以上时,冲击振动与爆破振动将不会在震源处产生叠加。在水深25米进行爆破,要达到陆地爆破破碎效果时,药量应增加3至4倍。水下药室爆破、断裂孔爆破及水深6米以下的钻孔爆破部位产生的飞石不会危及周围需保护物安全。

图为试验时为观测涌浪和振动对鱼类的影响,试验人员正在水下放置中华鲟等50种鱼类。王媛华 摄

在此试验成果的基础上,长委科学院于2005年底又对RCC围堰爆破进行了专题设计研究,确定了RCC围堰标准抛掷爆破单耗,归纳总结了适合本工程的深水洞室爆破药室药量的计算公式,分析确定了断裂孔线装药密度底部加装药量,利用2号药室上、下游排水孔装药以增加爆破缺口形成的可靠性,计算分析了堰体倾倒的可靠性,对堰体堆高进行分析后得出结论,需对6号堰块下游进行削脚处理,才能保证其倾倒后水下轮廓不高于110米。通过大量经验公式计算分析,确定坝基帷幕振速为爆破安全控制性指标,其允许单段起爆药量为710公斤,由此得出2号药室只能一孔一响,不允许重段或串段。分析确定了深孔爆破部分药量计算原则,按不同的水深分段计算单耗,分析了如果上纵堰内段需深孔爆破拆除情况下的允许单段起爆药量,对爆破介质不均匀、水介质影响、断裂孔断裂效果、倾倒堰块两端夹制作用、振动效应、提高倾倒可靠度、爆破安全准爆性等问题进行了分析并提出了处理措施,提出了尽快开展实地爆破震动试验和爆破器材检测试验等建议。确定了重要防护对象为大坝混凝土、重点部位为上游坝踵和坝顶,大坝基础帷幕灌浆区,电站厂房结构,重点部位为厂房基础,电厂机电设备,重点为左岸厂房正常运行的机组和中控室设备、右岸厂房正在安装的机电设备,电站引水管进口,重点部位为钢闸门及门槽,爆区附近过往船只、车辆、人员及其它相关建筑、设施。提出了相应的安全监测标准,这包括建筑物的振动、水击波、动水压力及应变安全标准。监测的项目有震动效应观测,主要监测爆破震动、倾倒块体触地震动及涌浪引起的地震波对周围建筑物及设施的影响;爆破水击波及动水压力观测,主要监测爆破水击波超压及动水压力对周围临时建筑物及设施的影响;块体倾倒涌浪观测,主要监测块体倾倒涌浪爬高;爆破应变观测,主要检测金属结构的影响;坝底压水检测,主要检测大坝混凝土与基岩结合处的影响及爆破对帷幕灌浆体的影响;利用大坝已埋设的观测设备加密观测,通过爆破前后观测资料的对比分析及研究观测数据时程曲线变化趋势,判断拆除爆破对大坝建筑物的影响程度。同时还提出了拆除爆破的技术要求。

2006年1月,三峡总公司工程建设部厂坝项目部组织召开RCC围堰拆除爆破有关问题讨论会,详细讨论了爆破时的相关问题及技术要求,2月又组织国内各方面爆破专家对长委提出的设计方案进行了评审。此次邀请的国内着名爆破专家有冯叔瑜院士、汪旭光院士等,评审意见认为:长江三峡水利枢纽三期上游碾压混凝土围堰拆除采用“围堰中段380m预埋药室(孔)倾倒爆破与两端深孔爆破相结合”的方案,在认真采纳专家评审意见和严格施工的条件下,技术上是可行的,可以实现围堰拆除和不影响主体建筑物的安全。根据前期论证,预埋的1号、2号、3号药室及断裂孔总体布置基本合理,通过进一步优化可以形成倾倒爆破缺口。建议根据起爆顺序校核上述药室的小抵抗线,并对其装药量进行适当调整。因围堰拆除爆破距主体建筑物较近,应严格控制爆破振动、起爆路时差,为确保整个起爆路的安全,6号~15号堰块应采用精度高、起爆可靠、便于现场施工和路检查的数码电子雷管,其余部分可采用高精度塑料导爆管雷管。同意设计选用的各主体建筑物的振动安全控制标准,爆破过程中应严格执行。采用的安全防护措施是合适的,在施工中应逐项落实。为确保爆破效果,应选用抗压、抗水性能好的高威力炸药。对所采用的炸药进行防水试验。在施工中做好密封防水工作,确保装药质量。进一步做好起爆路的段间时差、起爆顺序等方面的细化工作,并进行1:1的起爆路试验。

与此同时专家还提出了宝贵的建议:即采取堰内水位高于堰外水位的有效措施,使堰块有效向长江上游倾倒,同时应尽量缩短堰内充水时间。加强爆破安全监测工作,为爆破安全评价提供依据。

随后,在爆破材料选型、爆破施工组织设计中,承担该项目的葛洲坝集团三峡指挥部又组织专题讨论会多达10来次,确保了RCC围堰的拆除爆破万无一失。

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